防雷技術
第一章 概 述
雷電災害是最嚴重的十種自然災害之一。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財產損失不計其數，導致火災、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓等事故頻繁發(fā)生，衛(wèi)星、通信、導航、計算機網絡，乃至到每個家庭的家用電器都會受到雷電災害的嚴重威脅。我國雷暴活動也十分頻繁，全國有21個省會城市，雷暴日都在50天以上，最多達134天。隨著計算機技術（Computer）、控制技術（Control）、通訊技術（Communication）、顯示技術（CRT）的發(fā)展和廣泛應用，各系統(tǒng)集數據采集、信息傳送于一體的網絡形成，隨之引入了大量設備。由于這些設備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對瞬間過電壓的承受能力大幅降低，將成為受雷電損害的主要設備。所以對于雷雨多發(fā)地區(qū)各系統(tǒng)采取有效的保護措施是非常必要的，明析瞬間過電壓產生途徑和危害是正確采取防護措施的前提。據美國通用研究公司提供磁場脈沖超過0.07高斯，就可引起計算失效；磁場脈沖超過2.4高斯就可以引起集成電路永久性損壞。那么如何設置防雷措施和接地、有效抑制雷擊過電壓及電磁干擾是一個全新的課題，也是大多數技術人員迫切需要解決的問題，因為它是保障網絡暢通，設備運行完好及人身安全的重要技術手段和環(huán)節(jié)，是眾多信息技術產業(yè)人員在網絡維護及財產管理工作的重要組成部分。
本方案制定的目的是考慮實際環(huán)境因素和用戶實際需要而做出一套比較完整而易于操作的防雷設計及安裝技術的防雷方案，從而達到機房網絡設備、電子設備安全地運行。
第二章 雷電防護原理
① 直擊雷
直接雷擊的防護應采用避雷針或避雷帶。按照滾球法計算被保護物應在接閃器的保護范圍內，接地沖擊電阻不大于10Ω。避雷裝置包括：接閃器、引下線和接地裝置。
② 感應雷
感應雷擊防護應主要從線路防護考慮。機房電源進線處應加裝電源避雷器，機房信號進線處應加裝信號避雷器。計算機場地的安全保護接地應不大于4Ω，交流工作接地應不大于4Ω。直流工作接地如果設備有特殊要求，按設備的特殊要求接地，無特殊要求則參照交流工作接地的要求，應不大于4Ω。
機房用電是由配電房集中供電實現的，既：由總配電房內配電柜分動力、空調、照明等多條供電線路分別供至樓內用電系統(tǒng)。因此，對網絡數據及語音、安全防范等系統(tǒng)設備供電線路防感應雷保護也要整體考慮。
第三章 防雷措施
由于雷電的危害巨大，人類一直以來都在研究對雷電的防護措施，目前對雷電進行防護的措施主要包括以下幾種方法。
3-1：外部防雷
根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》（2010年版）規(guī)范的要求，必須對弱電系統(tǒng)所在建筑物做外部防雷措施。在設計建筑物外部防雷時，對其建筑物設計時必須考慮到樓頂上須設避雷帶及避雷針，另外，建筑物應采用暗敷設引下線(可以利用建筑物構造柱內的主筋做引下線)，其間距不大于25米。
另外對中心機房應金屬均壓環(huán)，并將其與房內金屬導電外殼等做等電位連接。
外部防雷接地裝置建議采用獨立接地裝置，并盡可能與大樓建筑接地在地面下用熱鍍鋅扁鋼進行焊接，每兩幢建筑之間，不少于兩處焊接位置。
3-2：內部防雷
3-2-1等電位連接：把各種金屬物用粗的導線焊接起來，或把它們直接焊接起來，以保證等電位。也包括物體與結構件之間或者同一物體的各部分金屬外套之間做到電性的連接。
3-2-2傳導：傳導的作用是把閃電的巨大能量引導到大地下耗散掉。不是它對保護的對象產生破壞作用。
3-2-3分流：分流的做法是將凡是從室外進來的導體（包括電力電源線、電話線、信號線或者這類電線的金屬外殼等）都要并聯(lián)一種避雷器至接地線。不僅是在入戶處，在每個需要做防雷保護的儀器設備的入機殼處都要安裝。它的作用是把沿導線傳入的過電壓波在避雷器處經避雷器分流入地，也就是類似于把雷電流的所有入侵通道堵截了，而且不至一級堵截。
3-2-4接地：接地是閃電能量的瀉放入地，雖然接地措施在整個防雷措施中是配角，但是如果沒有很好的接地措施，所有的措施包括等電位連接、傳導、分流這三個防雷措施都不可能達到預期的效果。因此接地也是整個防雷措施的基礎，接地的妥當與否，成為歷來防雷技術上特別受重視的項目，它又是最費工、費錢、費力的防雷措施，是防雷工程的重點和難點。
3-2-5屏蔽：屏蔽就是用金屬網、箔、殼、管等導體把需要保護的對象包裹起來，形成一個近似于法拉第籠式的保護裝置。從物理意義上來講，就是把閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道阻隔起來。各種屏蔽措施也同樣要接地。
第四章 設計依據
依據國際電工委員會IEC標準和中國GB標準與部委頒發(fā)的設計規(guī)范的要求，大樓和大樓內之計算機房、程控機機房等設備都必須有完整完善之防浪涌保護措施，保證該系統(tǒng)能正常運作。這包括電源供電系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)，電腦網絡、衛(wèi)星通信設備等裝置，均應有SPD防護裝置保護。設計依據包括有：
（1）《建筑物防雷設計規(guī)范》（2010版） GB50057-2010
（2）《電子計算機機房設計規(guī)范》 GB50174-93
（3）《雷電電磁脈沖的防護》 IEC 6I312
（4）《過電壓保護器》 IEC 61643
（5）《SPD 通訊網絡防雷器》 IEC 61644
（6）《低壓配電設計規(guī)范》 GB 50054-95
（7）《工業(yè)與民用電力裝置的過電壓保護設計規(guī)范》 GBJ 64-83
（8）《電子設備雷擊保護導則》 GB 7450-87
（9）《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》 GB 50169-92
（10）《建筑物防雷》 IEC 61024
（11）《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范》 GB/T50311-2000
（12）《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》 GB50343-2004
第五章 防雷方案設計
5．1電源系統(tǒng)防雷措施
根據IEC1312防雷及過電壓規(guī)范中有關防雷分區(qū)的劃分，針對重要系統(tǒng)的防雷應分為三個區(qū)，分別加以考慮。只做單級防雷可能會帶來因雷電流過大，而導致的泄流后殘壓過高而破壞設備，或者因保護能力不足引起的設備損壞。電源系統(tǒng)多級保護，可防范從直擊雷到工業(yè)浪涌的各級過電壓的侵襲。
根據國家有關低壓防雷的有關規(guī)定，外接金屬供電線路進入建筑物之前，必須埋地穿金屬管槽15米以上的距離進入建筑物，且要在建筑物的線路進入端加裝低壓避雷器。必須做到在電源的進入端安裝低壓端的總電源防雷器，將由外部線路可能引入的雷擊過電壓、過電流引至大地泄放，以確保后接設備的安全。
5-2計算機機房網絡通信系統(tǒng)防雷設計
計算機機房網絡通信系統(tǒng)雷電防護包括廣域網雷電防護、局域網雷電防護、無線通信系統(tǒng)雷電防護、光纜通信雷電防護和機房內部設備之間的串口雷電防護等。
廣域網遠距離傳輸數據通信，在進入機房設備（調制解調器或其它設備）前端應安裝具備二級保護的防雷保護器，第一級一般為惰性氣體火花間隙放電器，通過RLC解偶后，進入第二級半導體過電壓保護器。需要防護線與線之間、線與大地之間的雷電入侵，保護器的損耗指標應該適應計算機設備的IEEE標準通信的有關要求。
數據傳輸線路（X.25、ISDN、DDN等）的防雷保護器必須能夠抵御和吸收（8/20uS感應雷擊）5KA雷電流，須具備線路與大地之間及線與線之間的雷電保護。進行PSDN等防雷設計，必須在使用前詳細了解電涌保護器件及設備的工作要求。例如：PSDN調制解調器有帶鈴壓和不帶鈴壓二類，帶鈴壓調制解調器工作電壓為48v至54v，鈴壓為175v至180v，電涌保護器的保護電壓應大于180v；不帶鈴壓的調制解調器工作電壓為48v至54v，電涌保護器的保護電壓應不小于54v。如果兩類電涌保護器混裝，將對前者造成通訊信號短路，對后者造成防雷工作能力喪失。
局域網雷電防護的重點是做好局域網網線的屏蔽，同時加強終端設備局域網端口的雷電防護。局域網絡通常以雙絞線傳輸數據，無屏蔽保護，布線也往往不盡規(guī)范，除了有可能遭受感應雷擊的襲擊外，交流線路的干擾也會對網絡系統(tǒng)造成影響。在局域網絡的兩端安裝避雷器，可有效地防止各種過電壓對設備造成的破壞。局域網的網口應該采取雷電防護措施，服務器、網絡交換機、集線器等端口應加設專用電涌保護器。出戶的局域網線及BNC遠程局域網也須安裝電涌保護器。485數據線接口、422數據線并口、RS232數據串口、TTY傳感器數據接口等，均應安裝匹配的電涌保護器，匹配原則應參照防雷標準和計算機通信協(xié)議。
無線通訊經常在建筑物上架設天線，屬于地面特別突出物，是雷電釋放的危險途徑。饋線進入設備前應加裝電涌保護器。電涌保護器的插入損耗要求較小，所以一般只能使用間隙放電器件進行有效防護。光纜一般不會傳導雷電，但光纜金屬護套和金屬芯線可能引入雷電燒毀設備，必須在進入設備之前，使芯線和護套接地，以達到避雷的目的。
5-3 監(jiān)控系統(tǒng)防雷設計
監(jiān)控系統(tǒng)一般由以下三部分組成：1、前端部分。主要由黑白（彩色）攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、支架等組成。2、傳輸部分。使用同軸電纜、電線、多芯線采取架空、地埋或沿墻敷設等方式傳輸視頻、音頻或控制信號等。3、終端部分。主要由畫面分割器、監(jiān)視器、控制設備等組成。
5-3-1前端設備的防雷：
前端設備有室外和室內安裝兩種情況，安裝在室內的設備一般不會遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過電壓對設備的侵害，比如安裝在地下停車場等的攝象機等。而室外的設備則同時需考慮防止直擊雷和感應雷。前端設備如攝像頭應置于接閃器（避雷針或其它接閃導體）有效保護范圍之內。為了施工方便避雷針一般架設在攝像機的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ 8的鍍鋅圓鋼或35mm2銅導線，此時應注意依據GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》第2章、第2.5節(jié)、供電、接地與安全防護、第2.5.4條的要求，系統(tǒng)采用專用接地裝置時，其接地電阻不得大于4Ω。為防止電磁感應，沿桿引上攝像機的電源線和信號線應穿金屬管屏蔽。為防止雷電波沿線路侵入前端設備，應在設備前的每條線路上加裝WJX系列的“三合一”或者“二合一”的監(jiān)控攝象機多功能電涌保護器。
5-3-2傳輸線路的防雷：
CCTV系統(tǒng)主要是傳輸信號線和電源線。室外攝像機的電源可從終端設備處引入，也可從監(jiān)視點附近的電源引入?？刂菩盘杺鬏斁€和報警信號傳輸線一般選用芯屏蔽軟線，架設（或敷設）在前端與終端之間。GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》的規(guī)定，傳輸部分的線路在城市郊區(qū)、鄉(xiāng)村敷設時，可采用直埋敷設方式，當條件不充許時，可采用通信管道或架空方式。采用通信管道或架空方式時，應注意傳輸線纜與其它線路其它線路共溝的最小間距和與其它線路共桿架設的最小垂直間距。比如與220V交流配電線的最小間距為0.5米，與通訊電纜的最小間距為0.1米，與1～10KV電力線的最小垂直間距為2.5米，與1KV以下電力線的最小垂直間距為1.5米，與廣播線的最小垂直間距為1.0米，與通信線的最小垂直間距為0.6米等等。
直埋敷設方式防雷效果較好，而架空線比較容易感應雷擊。為避免首尾端設備損壞，在使用架空線傳輸時，應在每一支撐桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線纜線路中的金屬管道均應接地。中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。傳輸線埋地敷設也并不能完全阻止雷擊設備的發(fā)生，統(tǒng)計數據顯示雷擊造成埋地線纜故障大約占總故障的30％左右，即使雷擊比較遠的地方，也仍然會有部分雷電流流入電纜。所以采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通。對防護電磁干擾和電磁感應非常有效，這主要是由于金屬管的屏蔽作用和雷電流的集膚效應。如電纜全程穿金屬管有困難時，可在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，但埋地長度不得小于15米，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。
5-4、等電位連接與共用接地
5-4-1等電位連接是現代防雷技術重要的防護措施之一。將進入中心大樓的各類管線的屏蔽層、機架等在進入大樓前進行等電位連接后接地。在進入設備前再進行二次等電位連接后接地。將各種進入大樓的電纜的外層和其它管線外層在進入大樓前進行等電位連接后接地。
5-4-2將分開的外導電裝置用等電位連接導體連接后接地，以減少系統(tǒng)設備所在的建筑物金屬構件與設備之間或設備與設備之間因雷擊產生的電位差。利用鋼筋混凝土結構的建筑物內所有金屬構件的多重連接建立一個三維的連接網絡是實現等電位連接的最佳選擇。為方便等電位連接施工，應在一些合適的地方預埋等電位連接預留件。
進入系統(tǒng)所在建筑物的各類水管、采暖和空調管道等金屬管道的金屬外層在進入建筑物處應做等電位連接，燃氣管道入戶后應在法蘭盤連接處插入一塊絕緣板，并在絕緣板兩端用開關型SPD連接后戶內金屬管道要參加等電位連接，并與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件連接在一起，按GB50054的要求做總等電位連接之后，接向總等電位連接帶，并可靠連通接地。
5-4-3在建筑物入口處，即LPZOB與LPZ1區(qū)交界處進行總等電位連接后接地，在后續(xù)的雷電防護區(qū)交界處按總等電位連接的方法進行局部等電位連接，連接主體應包含系統(tǒng)設備本身（含外露可導電部分）、PE線、機柜、機架、電氣和電子設備的外殼、直流工作地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、管道、屏蔽槽、電涌保護器SPD的接地等均應以最短的距離就近與這個等電位連接帶直接連接。連接基本方法應采用網型（M）結構或星型（S）結構。網型結構的環(huán)行等電位連接帶應每隔5m經建筑物墻內鋼筋、金屬立面與接地系統(tǒng)連接。當采用S型等電位連接網格時，系統(tǒng)的所有金屬組件除在接地基準點，即ERP處連接外，均應與共同接地系統(tǒng)的各組件有足夠的絕緣（大于10KV，1.2/50μs）。
5-4-4宜利用建筑物的基礎鋼筋地網作為共同接地系統(tǒng)。如建筑物沒有基礎鋼筋地網，宜在建筑物四周埋設人工垂直接地體和水平環(huán)型接地體。接地體的接地電阻不宜大于４Ω。原則上應在各雷電防護區(qū)界面處做等電位連接，但由于工藝要求或其它原因，被保護設備的安裝位置不會正好設在界面處而是設在其附近，在這種情況下，當線路能承受可能發(fā)生的電涌電壓時，電涌保護器安裝在被保護設備處，而線路的金屬保護層工屏蔽層宜首先在界面處做一次等電位連接接地。
5-4-5埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用銅包鋼接地極。其直徑不應小于10mm扁鋼截面不應小于100mm2，其厚度不應小于4mm；角鋼不應小于40X40X4mm；鋼管壁厚不應小于3.5mm。人工垂直接地體的長度宜為2.5m。人工垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離為5m，當受條件限限制時可適當減小。人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m，在凍土區(qū)人工接地體應埋設在凍土層以下。接地體應遠離由于磚窯、煙道等高溫影響土壤電阻率升高的地方。
陜西偉信防雷科技有限公司
